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?浙大陸俊/王利光AEM:構建彈性交聯網絡以實現穩定的全固態鋰-硫電池

?浙大陸俊/王利光AEM:構建彈性交聯網絡以實現穩定的全固態鋰-硫電池

利用硫化物固體電解質的鋰-硫電池在實現高能量密度和提高安全性方面具有相當大的潛力。然而,硫在循環過程中經歷的巨大體積變化會導致機械應力累積,從而導致機械降解,進而降低整體電化學性能。
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在此,浙江大學陸俊、王利光等人提出了一種應力緩沖策略,通過為復合硫正極設計機械彈性交聯結構以解決應力積累這一問題。該結構通過集成高彈性熱塑性彈性體(乙烯-醋酸乙烯酯,EVA)來實現的,通過EVA的反復拉伸和收縮,可在硫體積變化時釋放應力,從而在電極內保持穩定的離子/電子擴散通道。憑借該機械穩定的結構,整個硫電極所經歷的應力演化大大減少,顯著降低了約33.7%。
因此,S-EVA復合正極具有優異的電化學性能,尤其是循環穩定性。值得注意的是,S-EVA復合正極的負載量高達7.5 mg cm-2,在50個循環周期內表現出接近3.0 mAh cm-2的穩定循環性能。
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圖1. PVDF和EVA聚合物的結構及機械性能測試
總之,該工作在球磨過程中加入 EVA 彈性體可以使 EVA 顆粒纖維化,從而形成機械堅固的交聯電極結構。其中,乙烯鏈段和醋酸乙烯酯鏈段的獨特組合協同有助于提高電化學性能。乙烯組合物是堅固的框架,提供強大的粘合強度,而彈性醋酸乙烯酯組合物充當緩沖劑,適應硫電極中的顯著體積變化。因此,S-EVA 復合正極內的應力演變大大減少。
與采用無粘合劑和 S-PVDF 復合正極的 ASSLSB 相比,采用 S-EVA 復合正極的 ASSLSB 表現出顯著增強的電化學性能。因此,該項工作不僅將有助于構建用于高能量密度 ASSLSB 的穩定硫電極,而且還將促進開發用于全固態環境中干電極技術的新型粘合劑。
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圖2. ASSSLSB 內部壓力的原位監測
Constructing Resilient Cross-Linked Network Toward Stable All-Solid-State Lithium-Sulfur Batteries, Advanced Energy Materials 2024 DOI: 10.1002/aenm.202304244

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